P1A01 Semicondutor

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Eletrônica A
Aula 01 –Teoria de Semicondutores e
Diodo Semicondutor
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Pato Branco
Disciplina: Eletrônica A (EL25EL/EL25CP)
Professor Diogo Vargas
Conteúdo programático
EMENTA CONTEÚDO
1. Teoria de 
semicondutores
1. Estrutura Atômica; Modelo de Bohr; 
2. Materiais Semicondutores Intrínsecos e Extrínsecos P e N; 
3. Material Semicondutor Extrínseco submetido a energias externas; 
4. Propriedades da Junção PN; 
5. Equacionamento.
2. Dispositivos 
Semicondutores
1. Introdução aos dispositivos semicondutores;
2. Principais tipos e suas aplicações.
3. Diodos Semicondutores e 
suas Aplicações
1. Características do diodo PN; 
2. Curva Característica VxI; Folha de Especificação; Características dinâmicas: 
capacitância de transição e tempo de recuperação reversa; 
3. Modelos Matemáticos de Análise dos diodos; Equação do Diodo; Reta de Carga; 
4. Retificadores; Grampeadores e Limitadores; Multiplicadores de Tensão; 
5. Diodo Emissor de Luz; 
6. Diodo Zener; 
7. Reguladores.
4. Transistores Bipolares de 
Junção, Polarização e 
Aplicações.
1. Estrutura e princípio de funcionamento; Folha de Especificação; 
2. Configurações BC, EC e CC e suas características; 
3. Polarizações DC e operação como chave; 
4. Aplicações.
5. Transistores de Efeito de 
Campo, Polarização e 
Aplicações.
1. Estrutura e princípio de funcionamento; 
2. MOSFET de depleção e de intensificação; Configurações e suas características; 
3. Folha de Especificação; 
4. Polarizações; 
5. VMOS; CMOS; 
6. Aplicações.
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Sumário
Teoria de Semicondutores
1. Materiais Elétricos
2. Semicondutores
3. Dopagem
4. Junção PN
Diodo semicondutor
5. Polarização
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1. Materiais elétricos
• Principais:
• Materiais condutores
• Facilita o fluxo de carga elétrica
• Baixa resistividade (10-2 a 10 Ωmm2/m)
• Ex.: Cobre, Alumínio, Chumbo, Prata, Ouro, ...
• Materiais isolantes
• Dificulta o fluxo de carga elétrica
• Alta resistividade (10+12 a 10+24 Ωmm2/m)
• Ex.: Ar, Borracha, Cerâmica, Vidro, Mica, ...
• Materiais semicondutores
• Facilidade de fluxo de carga elétrica intermediário
entre condutores e isolantes
• Média resistividade (10 a 10+12 Ωmm2/m)
• Ex.: Silício, Germânio, ...
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1. Materiais elétricos
• Principais:
• Materiais condutores
• Facilita o fluxo de carga elétrica
• Baixa resistividade (10-2 a 10 Ωmm2/m)
• Ex.: Cobre, Alumínio, Chumbo, Prata, Ouro, ...
• Materiais isolantes
• Dificulta o fluxo de carga elétrica
• Alta resistividade (10+12 a 10+24 Ωmm2/m)
• Ex.: Ar, Borracha, Cerâmica, Vidro, Mica, ...
• Materiais semicondutores
• Facilidade de fluxo de carga elétrica intermediário
entre condutores e isolantes
• Média resistividade (10 a 10+12 Ωmm2/m)
• Ex.: Silício, Germânio, ...
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1. Materiais elétricos
Isolantes
Semicondutores
Metais 
Isolantes
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em
icond
utores
C
ond
utores
Quar tzo
Porcelana
Vidro
Arseneto de Gálio
Sil ício
Germânio
Sil ício Dopado
Metais
Supercondutores
(muito abaixo)
Condut ividade
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2. Semicondutores
• Materiais comumente utilizados são:
• Silício (Silicon, Si)
• Germânio (Germanium, Ge)
• Arseneto de Gálio (Gallium Arsenide, GaAs)
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Materiais intrínsecos
� Todo semicondutor em seu estado puro é chamado de
intrínseco
Fig 1 – estrutura 
atômica do silício
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Materiais intrínsecos
� Todo semicondutor em seu estado puro é chamado de
intrínseco
Fig 2 – átomo de silício apenas 
com a camada de valência
Fig 1 – estrutura 
atômica do silício
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Materiais intrínsecos
� Todo semicondutor em seu estado puro é chamado de
intrínseco
Fig 3 – quando um átomo tetravalente liga-se outros quatro elétrons de um átomo 
vizinho, então eles formam uma ligação covalente, ou seja, existe um 
compartilhamento de elétrons. Dessa forma, cada átomo fica com 8 elétrons na 
camada de valência, configurando assim uma situação estável 
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Materiais intrínsecos
� Fontes externas (calor, luz) podem levar os elétrons da camada de
valência a adquirir energia cinética, quebrando uma ligação
covalente
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Materiais intrínsecos
� Esse elétron pode “circular” pela estrutura.
Nessa configuração
Elétrons movem-se 
para a esquerda. 
As lacunas movem-
se para a direita.
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Materiais intrínsecos
� Esse elétron pode “circular” pela estrutura.
Nessa configuração
Elétrons movem-se 
para a esquerda. 
As lacunas movem-
se para a direita.
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Sumário
Teoria de Semicondutores
1. Materiais Elétricos
2. Semicondutores
3. Dopagem
4. Junção PN
Diodo semicondutor
5. Polarização
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3. Semicondutor extrínseco e 
Dopagem
• As características elétricas dos semicondutores (e.g. Silício e 
Germânio) são melhoradas pela adição de materiais
(impurezas). Esse processo é chamado de dopagem.
• Aplicação de impurezas (cuidadosamente) para controlar a 
condutividade do material a partir de fontes elétricas, 
térmicas ou luminosas.
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3. Semicondutor extrínseco e 
Dopagem
• Existem dois tipos de dopagens:
• Tipo n: Materiais do tipo n contém um excesso de elétrons na 
banda de condução;
• Impurezas principais:
• Fósforo, Antimônio (pentavalentes = 5 elétrons = “sobra” 1)
• Tipo p: Materiais do tipo n contém um excesso de lacunas na 
banda de valência.
• Impurezas principais:
• Bóro (trivalente = 3 elétrons = “falta” 1)
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3. Dopagem
• Estruturalmente a impureza pentavalente
(e.g. Fósforo) gera:
Si SiSi
P SiSi
Si SiSi
-
Elétron
Livre
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3. Dopagem
• Estruturalmente a impureza trivalente
(e.g. Boro) gera:
Si SiSi
B SiSi
Si SiSi
+
Lacuna
Livre
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3. Dopagem
� Impurezas pentavalentes acrescentam elétrons 
livres à estrutura, tornando-a mais negativa
�Material tipo n
� São doadores de elétrons
� Impurezas trivalentes acrescentam lacunas 
livres à estrutura, tornando-a mais positiva
�Material tipo p
� São receptores de elétrons
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3. Dopagem
� Estruturalmente temos:
�Material p: íons receptores + lacunas livres
�Material n: íons doadores + elétrons livres
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+
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+
-+
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Material p Material n
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Lacunas livres = portador majoritário
Elétrons = portador minoritário
Elétrons livres = portador majoritário
Lacunas = portador minoritário
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Sumário
Teoria de Semicondutores
1. Materiais Elétricos
2. Semicondutores
3. Dopagem
4. Junção PN
Diodo semicondutor
5. Polarização
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4. Junção PN
• Quando ligamos um material do tipo P com um material do 
tipo N produzimos uma junção PN.
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+
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+
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+-
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-+
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1) Os elétrons na camada n 
migram através da junção 
para o material p (fluxo de 
elétrons).
3) O resultado é a formação de 
uma região de depleção na 
junção.
2) A migração de elétrons 
resulta em uma carga 
negativa no lado p da junção 
e em uma carga positiva no 
lado n da junção. 23
-
+
-
+
-
+
-
+
-
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+ -
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4. Junção PN
� Próximo à junção, os elétrons livres do material 
do tipo N migram para (combinam com) as 
lacunas livres do material do tipo P (atração 
elétrica).
-
+
-
+
-
+
-
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+ -
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4. Junção PN
� Forma-se então uma zona de depleção onde há 
apenas íons negativos e positivos fixados pela 
estrutura cristalina.
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+
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+ -
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4. Junção PN
� O tamanho da zona de depleção depende:
� Do material intrínseco (e.g. Silício, Germânio)
� Da quantidade de impurezas (dopagem)
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Sumário
Teoria de Semicondutores
1. Materiais Elétricos
2. Semicondutores
3. Dopagem
4. Junção PN
Diodo semicondutor
5. Polarização
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5. Polarização (inversa)
� Aplicando uma tensão com polaridade inversa
� Elétrons são atraídos para o potencial positivo
� Lacunas são atraídas para potencial negativo
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+
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-
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- +
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5. Polarização (inversa)
� Aumento da zona de depleção, impedindo que 
elétrons livres alcançarem lacunas livres através dessa 
zona.
� Presença de corrente reversa (saturação) – Is
� Devido a impurezas – minoritárias – dos materiais.
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- +
5. Polarização (direta)
� Aplicando uma tensão com polaridade direta
� Elétrons são afastados pelo potencial negativo
� Lacunas são afastados pelo potencial positivo
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5. Polarização (direta)
� Redução da zona de depleção, facilitando elétrons 
livres alcançarem lacunas livres através dessa zona.
� Pouca energia necessária para que elétrons e lacunas 
livres cruzem a junção (corrente Imajoritários)
IsImajoritários
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Bibliografia
• Prof.Carlos Stein. Material da disciplina de Eletrônica A. UTFPR.
2013.
• BOYLESTAD, Robert & NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos
e Teoria de Circuitos - Rio de Janeiro, Editora Prentice-Hall do
Brasil Ltda;
• MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. São Paulo, McGraw-Hill do
Brasil. Vol. 1.
• Prof.Carlos Pedroso. Apostila de Eletricidade Aplicada TE144.
UTFPR. 2011.
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